《电磁场与电磁波》教学大纲 一、课程基本信息 课程名称：电磁场与电磁波 课程编码：58083004 课程类别：专业教育必修 适用专业：通信工程 开课学期：3-3 课程学时：总学时： 64学时；其中理论 48 学时，实验 16 学时。 课程学分：4 先修课程：大学物理、模拟电子线路、数字逻辑电路 并修课程： 课程简介：《电磁场与电磁波》课程是高等学校通信工程等电子科学与技术类各专业本科生必修的一门技术基础课。电磁场与电磁波是通信技术的理论基础，是通信工程专业本科学生的知识结构中重要组成部分。本课程包括电磁场与电磁波两大部分。电磁场部分是在《电磁学》课程的基础上，运用矢量分析的方法，描述静电场和恒定磁场的基本物理概念，在总结基本实验定律的基础上给出电磁场的基本规律，研究静态场的解题方法。电磁波部分主要是介绍有关电磁波在各种介质中的传播规律及天线的基本理论。 二、课程教育目标
本课程使学生掌握电磁场的有关定理、定律、麦克斯韦方程等的物理意义及数学表达式。使学生熟悉一些重要的电磁场问题的数学模型（如波动方程、拉氏方程等）的建立过程以及分析方法。培养学生正确的思维方法和分析问题的能力，使学生学会用"场"的观点去观察、分析和计算一些简单、典型的场的问题。其教育目标主要表在以下三方面：
1、内容方面，应使学生牢固掌握矢量运算，梯度、散度和旋度概念，高斯公式和斯托克司公式；掌握恒定和时变电磁场的麦克斯韦方程组、泊松方程、电磁波的波动方程等；掌握分离变量法、镜像法、有有界空间中电磁波的求解方法等；理解电磁场的矢势¦和标势、规范变换、规范不变性、库仑规范、洛仑兹规范、时谐平面电磁波、推迟势、电磁辐射、截止频率和谐振频率等概念。
2、能力方面，应使学生学会和掌握如何通过数学方法求解一些基本和实际问题，对结果给予物理解释的科学研究方法；使学生在运算能力和抽象思维能力方面受到初步而又严格的训练；培养学生解决和研究问题的能力，培养学生严谨的科学学风。
3、方法方面，着重物理概念、基本规律和基本问题的解释和阐述，注意本课程与大学物理电磁学的衔接，以及与后继课程联系，注重解决常见基本问题和实际问题。在帮助学生打下坚实基础的前提下，坚持教学内容与现代科学技术接轨，使现代科学技术的成果渗透到本课程内容之中，提高学生的兴趣，拓宽学生的知识面。
通过本课程的学习，使学生牢固掌握电磁场与电磁波方面的基本概念、基本理论及主要分析方法，具有基本的电磁问题解题能力，对天线理论也要有一定的了解。为以后现代通信技术的学习与应用打下良好的基础。
三、课程教学内容、要求及学时安排
第一章 矢量分析 【教学内容】 1． 标量场和矢量场； 2． 矢量与矢量场的不变特性； 3． 矢量的通量 散度； 4． 矢量的环流 旋度； 5． 标量场的梯度； 6．亥姆霍兹定理。 【教学要求】 1． 掌握矢量的各种运算； 2．掌握散度、旋度、梯度的计算； 3．掌握圆柱坐标系和球坐标系的计算； 4．理解高斯定理和斯托克斯定理的重要性； 5．理解亥姆霍兹定理的意义。 【教学方法】 【学时】6学时
第二章 电磁场中的基本物理量和基本实验定律 【教学内容】 1. 电荷与电荷分布； 2. 电流与电流密度； 3. 电流连续性方程； 4. 电场强度 库仑定律； 5. 安培力定律 磁感应； 6. 电场强度的矢量积分公式； 7. 磁感应强度的矢量积分公式。 【教学要求】 1. 掌握电荷分布与电流密度的计算； 2. 掌握电场强度的矢量积分公式和磁感应强度的矢量积分公式； 3. 理解电流连续性方程的重要性； 4. 理解库仑定律和安培力定律的意义。 【教学方法】 【学时】3学时 第三章 静电场分析 【教学内容】 1. 静电场分析的基本变量； 2. 真空中静电场的基本方程； 3. 电位函数； 4. 泊松方程 拉普拉斯方程； 5. 唯一性定理； 6. 电极化及极化强度； 7. 介质中的高斯定律及边界条件； 8. 恒定电场的基本方程及边界条件； 9. 电场能量及静电力。 【教学要求】 1. 掌握真空中静电场的基本方程； 2. 掌握电位函数的计算； 3. 掌握极化强度的计算； 4. 掌握电场能量与静电力的计算； 5. 掌握恒定电场的基本方程； 6. 理解高斯定律的重要性； 7. 理解唯一性定理的意义。 【教学方法】 【学时】8学时 第四章 静态场边值问题的解法 【教学内容】 1. 直角坐标中的分离变量法； 2. 圆柱坐标中的分离变量法； 3. 球坐标中的分离变量法； 4. 镜像法。 【教学要求】 1. 掌握各种坐标系中的分离变量法； 2. 掌握各种分界面的镜像法； 3. 了解数值计算法的意义。 【教学方法】 【学时】6学时 第五章 恒定磁场分析 【教学内容】 1. 恒定磁场分析的基本变量； 2. 真空中磁场的基本方程； 3. 矢量磁位； 4. 物质的磁化现象与磁化强度； 5. 磁介质中磁场的基本方程； 6. 磁场的边界条件； 7. 标量磁位； 8. 自电感与互电感； 9. 磁场能量； 10. 磁场力。 【教学要求】 1. 掌握真空中磁场的基本方程； 2. 掌握磁化强度的计算； 3. 掌握磁介质中磁场的基本方程； 4. 掌握矢量磁位与标量磁位的计算； 5. 掌握自电感与互电感的计算； 6. 掌握磁场能量与的磁场力计算； 7. 理解安培环路定律的重要性。 【教学方法】 【学时】8学时 第六章 时变电磁场 【教学内容】 1. 法拉第电磁感应定律； 2. 位移电流； 3. 麦克斯韦方程； 4. 时变电磁场的边界条件； 5. 坡印廷定理和坡印廷矢量； 6. 波动方程； 7. 动态矢量位和标量位。 【教学要求】 1. 掌握麦克斯韦方程及其边界条件； 2. 掌握坡印廷矢量的计算； 3. 掌握波动方程的推导； 4. 掌握动态矢量位和标量磁位的计算； 5. 理解坡印廷定理的重要性； 6. 理解电磁感应定律与全电流定律的意义。 【教学方法】 【学时】6学时 第七章 正弦平面电磁波 【教学内容】 1. 亥姆霍兹方程； 2. 平均坡印廷矢量； 3. 理想介质中的均匀平面波； 4. 波的极化特性； 5. 损耗媒质中的均匀平面波； 6. 对平面分界面的垂直入射； 7. 对平面分界面的斜入射； 8. 相速和群速。 【教学要求】 1. 掌握平均坡印廷矢量的计算； 2. 掌握理想介质中的均匀平面波的计算； 3. 掌握损耗媒质中的均匀平面波的计算； 4. 理解波的极化特性； 5. 理解对平面分界面的垂直入射与斜入射的过程； 6. 理解相速和群速。 【教学方法】 【学时】6学时 第八章 导形电磁波 【教学内容】 1. 沿均匀导波装置传播的波的一般特性； 2. 矩形波导； 3. 矩形波导中的10TE波； 4. 圆柱形波导； 5. 波导中的能量传输与损耗； 6. 传输线方程及其解； 7. 传输线上波的传输特性参数； 8. 传输线的工作状态； 9. 谐振腔。 【教学要求】 1. 掌握沿均匀导波装置传输电磁波的基本特性； 2. 掌握矩形波导的计算； 3. 掌握圆柱形波导的计算； 4. 掌握传输线上波的传输特性参数的计算； 5. 理解谐振腔的工作原理。 【教学方法】 【学时】5学时 四、考核及成绩评定
（一）命题原则与思想 考试试卷应充分体现教学大纲的要求，学生在答题时应感觉到是对全书的概括和总结。考试内容应能调动学生的主观能动性和创造性，试卷的难易程度，应视学生整体的素质和水平而定位。试题应让学生既感到熟悉又感到陌生，但通过必要的思考能正确地解答出来。 （二）考试范围 课程内容 比例 矢量分析 15%
电磁场中的基本物理量和基本实验定律 10%
静电场分析 20%
静态场边值问题的解法 10%
恒定磁场分析 15%
时变电磁场 10%
正弦平面电磁波 10%
导形电磁波 10%
（三）考核要求 《电磁场与电磁波》课程考试旨在考察学生对电磁场与电磁波基本知识及软件编程的掌握及熟练运用能力。 （四）考核类型
1．考试方法：考试 2．记分方式：百分制，满分为100分 3．考试时间：100分钟 （五）试题类型
可设计题目类型主要包括：名词解释；填空题；单选题；多选题；判断题；简答题；计算题；综合题等。 （六）试卷结构：
客观题占50%；主观题占40%，发挥占10%。 （七）成绩评定： 考试成绩：平时成绩30 %+期末考试成绩 70 %
五、其它说明
教学内容根据社会需求等将实时更新。当前教学内容与时数分配见下表。 教学内容与时数分配表 章次 理论内容 理论学时 实验内容 实验学时 总学时 一 矢量分析 6 6
二 电磁场中的基本物理量和基本实验定律 3 3
三 静电场分析 8 8
四 静态场边值问题的解法 6 等量同号点电荷电场 3 9
五 恒定磁场分析 8 等量异号点电荷的电势分布 3 11
六 时变电磁场 6 直线电荷与共面圆弧电荷之间的相互作用力分析 3 9
七 正弦平面电磁波 6 理想介质中均匀平面电磁波的传播 3 9
八 导行电磁波 5 使用m语言对电磁场的仿真 4 9
合计 48 16 64
六、参考资料
[1] 邹澎，周晓萍.电磁场与电磁波.北京:清华大学出版社,2008 [2] 邹澎，周晓萍.电磁场与电磁波教学指导——习题解答与实验.北京:清华大学出版社,2009 [3] 杨儒贵. 电磁场与电磁波(第2版)教学指导书. 北京：高等教育出版社，2008 [4] 符果行. 电磁场与电磁波基础教程.北京：电子工业出版社，2009 [5] Cheng,D.K. 电磁场与电磁波(第2版).北京:清华大学出版社,2007 [6] 王家礼. 电磁场与电磁波(第三版).西安:西安电子科技大学出版社,2009 [7] 赵昌友. 电磁场与电磁波.北京: :化学工业出版社,2010 [8] 苏新彦. 电磁场与电磁波.北京：国防工业出版社，2010 [9] 冯恩信. 电磁场与电磁波(第3版).西安：西安交通大学出版社，2010 [10] 焦其祥. 电磁场与电磁波(第二版).北京：科学出版社，2010 [11] 杨儒贵. 电磁场与电磁波(第2版). 北京：高等教育出版社，2010
课程负责人 ：张梅 教研室负责人：杨润标